技术聚焦：侧扫声呐深度剖析

时间：2022-05-27

虽然今天的多波束回声测深仪具有反向散射功能，但在海底绘图中，传统的侧扫声纳（Side Scan Sonar,SSS）它仍然有很多优点。在过去的几年里，侧扫声纳技术发生了一系列的演变，但没有革命性的变化。今天，我们专注于声学成像武器侧扫声纳。

侧扫声纳主要用于安装在物体和海底结构上SSS拖鱼两侧的两个传感器发出声波脉冲并数字化，以获得海底图像。SSS沿时间线显示回波能量强度，以获得海底的连续图像。侧扫声纳可以显示高度精细的图像，不仅可以显示物体的存在，还可以显示物体的材料类别（通过强反射和弱反射）。

侧扫声纳系统通常装载在1~2米的拖鱼中，一些制造商提供更小的尺寸(长度约为0.4m）的SSS该系统为一些不能拖动的浅水区域设计的点状侧扫声纳系统，以及为深水图纸准备的安装ROV／AUV上的SSS换能器。

侧扫声纳和多波束测深仪

侧扫声纳系统不提供直接的高度或深度，必须从图像必须从图像和深度（物体高度与拖鱼高度的比例等于物体阴影长度与拖鱼与阴影末端距离的比例）。一些制造商提供所谓的混合物SSS一般来说，这些系统利用相关的多波束测深技术产生全面的测深系统SSS图像。侧扫声纳的成像原理

相反，多波束回声测深仪将从特殊的高精度、高分辨率波束传感器阵列中获得水深数据。现在大多数多波束系统也可以获得反向散射数据。多波束反向散射和SSS不同之处在于，每个波束都会产生一个反向散射值，而且SSS能产生(非常接近)连续信号，因此分辨率更高。

这样，混合SSS多波束测深系统在高精度工作中无法替代。同样，具有反向散射功能的多波束系统也无法替代搜索小物体和区分底质类型SSS。然而，在许多工作中，无论哪个系统更重要，另一个系统提供的数据仍然具有参考价值。

量程

SSS该系统由一系列参数定义，其中量程和分辨率较为重要。SSS分辨率决定图像质量，可分为沿航迹分辨率、垂直航迹分辨率和反向散射分辨率。范围决定SSS效率(一条线可以扫描的海底宽度)。量程实际上是SSS频率越高，范围越低，（GeoSide1400: 1000m@100kHz、300m@400kHz）。许多现代侧扫声纳具有双频甚至三频运行的功能，可以获得大量范围（低分辨率）和小范围（高分辨率）数据，而*切换系统和多跑测线。

垂直航迹分辨率

垂直航迹分辨率或量程分辨率决定了SSS两个物体之间的较小距离可以在波束方向上看到。以前传输信号是CW模式，现在SSS传输是通过的FM或者CHirp信号，Chirp其主要优点是考虑更大的范围和更好的垂直航迹分辨率。

CW型SSS垂直航迹的分辨率取决于信号的脉冲长度Chirp垂直航迹的分辨率由信号的带宽决定，发射的信号脉冲更长，从而增加发射能量。高频低量程（1600kHz，35m）的Chirp型SSS，量程分辨率为亚厘米级，可获得垂直航迹方向的图像细节。

沿航迹分辨率

传统意义上SSS沿航迹的分辨率是横扫声纳的水平波束角(典型的是0.2°到1.5°之间)，由有效范围和拖动速度决定。小波束角可以在短范围内检测到航迹旁边的小物体。鉴于在搜索物体时经常需要**全覆盖海底，NOAA规范指出，一米见方的物体至少需要扫描三次，导致一米见方的物体至少需要扫描三次SSS在这个速度下，会有较大限速，SSS连续波束/可用于拖动ping对于常规物体，探测到相当远的物体SSS就系统而言，这个速度在于4-5节。

多波束和多ping

如果能从物体上收到更多的回波，就有可能提高拖动速度。SSS制造商使用两种不同的解决方案来提高拖动速度。例如，采用多波束技术SSS在一侧使用5个波束，沿航迹方向的分辨率可以提高5倍，从而允许更高的拖动速度；二是使用更多ping技术，CW型SSS无法实现但是Chirp如果在水中有两个确定的量程，可以满足型号。ping，所以有效的拖动速度也可以提高两倍。现代多波束SSS或者多pingSSS该系统可在12节船速下使用。

反向散射分辨率

决定数字系统图像质量的最后一个参数是将接收到的声学信号数字化为可用数字信号的水平。SSS数据是在纸上收集的，所以数字化没有用。SSS拖鱼数据可以通过网络传输到声纳处理器进行数字化处理。要实现信号数字化，必须有A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，A/D对于现代，转换器的数字位数决定了细节的可识别性SSS就信号获取而言，在12到28之间，虽然它看起来很低，但我们应该知道一个24位SSS能够获取**过1600万不同的灰度阴影，而12位的“仅仅”能捕获4096个。相比之下，一台现代数字照相机每一个颜色通道大约在12到16位之间。

附加功能

所有的SSS会提供反向散射图像，毕竟这是SSS主要用途。不同的系统会有不同的分辨率和范围，这就是制造商区分他们的产品的原因。较终，附加功能的数量很可能会让客户下定决心。一些有趣的选择包括运动传感器、罗经和高度或深度传感器，它们集成在一起SSS在拖鱼上，可以纠正拖鱼的姿势，微调拖鱼的深度。SSS运动传感器可以在运动状态下稳定波束，以保持波束穿过海底时的连续性；有些SSS拖鱼包括水温传感器，可实时获得周围声速；SSS配备可选拖动支架，同时拖动磁力仪；还有一些SSS地球物理调查工作集成了浅层剖面仪的功能，可以在一次航行中完成。

有趣的功能是填缝，可以覆盖SSS正下方-常规SSS无法扫描的地方。理论上，这种填缝可以提供海底全景图，并可以显著减少SSS测量轨道间的重叠率。

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